C’è vita oltre il bosone di Higgs?

“I think we have it”

Con queste parole il 4 Luglio 2012 l’allora direttore generale del CERN Rolf Heuer annunciava al mondo la scoperta del bosone di Higgs. Una scoperta rivoluzionaria che tutti attendevano dal 1964 quando Peter Higgs, fisico teorico britannico, ipotizzò l’esistenza di questa particella.

Da quel giorno di sette anni fa nessuna nuova particella elementare è stata scoperta al Large Hadron Collider di Ginevra.

Ma, allora, c’è qualcosa oltre il bosone di Higgs?

I fisici delle alte energie chiamano questa assenza di particelle “deserto”, i più catastrofisti, il “nightmare scenario”. È la più grande paura di un fisico: la possibilità che il tempo delle scoperte sia finito con il bosone di Higgs.

Prima “foto” del bosone di Higgs. La particella è la piccola gobba al centro. [Copyright: ATLAS Experiment © 2019 CERN]

L’ITALIA, UN MODELLO STANDARD TASCABILE

Ma andiamo con ordine, vediamo innanzitutto quali sono le conoscenze attuali in fatto di particelle elementari.

Immaginiamo per un istante di poter convertire la massa delle particelle in una distanza spaziale. Prendiamo per esempio l’Italia. Possiamo pensare che Predoi (BZ), il comune più a Nord della penisola italiana, corrisponda a particelle di massa nulla come fotoni e gluoni. In questo modello, muovendoci verso Sud troveremo particelle sempre più pesanti, fino ad arrivare a Lampedusa dove troviamo il quark Top, la particella più pesante che conosciamo.

In questa analogia, elettroni, quark Up e Down e quasi tutte le particelle che ci compongono, con poche eccezioni, si trovano nel comune di Predoi. Si raggiunge poi Brunico con il Quark Bottom che dista dal comune “a massa zero” soltanto 30 Km in linea d’aria.

Il resto d’Italia è essenzialmente un landa desolata con le sole eccezioni della particella W, che trova la propria casa nel parco dei castelli romani, della Z a Foggia e del bosone di Higgs a Cosenza.

Dunque, questo è essenzialmente lo stato dell’arte della fisica delle particelle al 2019. E se pensate che già così, ad eccezione della straordinaria abbondanza di particelle nel Nord Italia, il resto della penisola sia essenzialmente spopolata, vi basti pensare che il deserto che tanto temono i fisici è ciò che sta oltre Lampedusa.

LA DOMANDA FONDAMENTALE, SULLA VITA, L’UNIVERSO E TUTTO QUANTO


“Cosa c’è oltre Lampedusa?”


Il Modello Standard, ovvero la teoria con la quale descriviamo attualmente la fisica delle particelle, risponde a questa domanda con un bel: “niente”. Questo modello infatti prevede che non ci sia nulla fino ad una scala di energia di 1016 GeV, ovvero circa centomila miliardi di volte più lontano di Lampedusa, che nella nostra scala corrisponde alla bellissima Nebulosa Clessidra a circa 8000 anni luce da Predoi. A questa scala infatti il Modello Standard, con l’aiutino di una cosa detta Supersimmetria, consente la cosiddetta Grande Unificazione, ovvero l’unificazione delle interazioni elettromagnetiche, forti e deboli. Ma la faccenda non è finita. O meglio, la fisica non è finita. Se infatti andassimo alla scala di 1019GeV, anche detta scala di Planck, allora diventerebbe rilevante, anche a livello microscopico, l’interazione gravitazionale tra particelle. A questa energia ci aspettiamo di trovare un’ipotetica particella detta gravitone, di cui però il Modello Standard non contempla l’esistenza. Nel nostro modello, la scala di Planck corrisponde a circa otto milioni di anni luce dalla terra, ovvero ben oltre la galassia a noi più vicina.

Dunque, quanto è probabile che in tutto questo spazio vuoto non ci sia neppure una nuova particella? È come se la fisica ad un certo punto avesse deciso di prendersi una pausa, per poi cominciare a riprodurre particelle solo dopo molto tempo.

LA RISPOSTA È ‘42’

Come ne usciamo? Esiste una soluzione? Forse.

La strada più percorribile risiede nel fatto che sappiamo per certo che ad una certa energia il Modello Standard smetterà di funzionare. Questo infatti non è minimamente in grado di spiegare la gravità, la materia oscura ed inoltre presenta dei grossi problemi relativi al bosone di Higgs e alla sua massa.

Le alternative al Modello Standard ci sono, e sono tante, ma non sappiamo quale tra queste sia quella giusta. C’è chi spera di riempire questo deserto con una miriade di particelle prodotte dalla sopracitata Supersimmetria, ovvero una simmetria per cui per ciascun bosone, ovvero un mediatore di una forza, esista un fermione. Quindi per ogni fotone esisterebbe un fotino, per ogni elettrone un selettrone, per ogni Higgs un Higgsino e così via. C’è chi spera di dare un senso alla massa del bosone di Higgs, che sembra troppo, stranamente, piccola. E chi spera di spiegare la gravità con la teoria delle stringhe. Ma nessuno ha risposte certe.

Le risposte arriveranno? Probabile. Arriveranno presto? Difficile a dirsi. Ci sono nuovi acceleratori, in fase di studio, con cui speriamo di avere risposte. Ma forse, dopo un secolo – il novecento – in cui abbiamo avuto una gran quantità di scoperte, dobbiamo rassegnarci al fatto che non sappiamo più cosa cercare e dove cercarlo. Forse è giunto il momento, nel più classico spirito galileiano, di fermarci e aspettare che la natura ci parli.

Davide Laudicina Laureato in Fisica all’Università di Milano-Bicocca, attualmente frequento il corso di laurea magistrale in Fisica Teorica. Orgogliosamente Nerd, nel tempo libero ho sviluppato una dipendenza da serie TV, fumetti e libri e una malsana attitudine nel perdermi durante escursioni in montagna.

FONTI E APPROFONDIMENTI

[1] https://www.scientificamerican.com/article/would-new-physics-colliders-make-big-discoveries-or-wander-a-particle-desert/

[2] https://www.quantamagazine.org/what-no-new-particles-means-for-physics-20160809

[3] https://www.edge.org/response-detail/23680

[4] https://home.cern/science/physics/higgs-boson

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